(57)【要約】【課題】高価な線膨張係数の小さい材料を組み合わせることなく熱応力による基板の反りを抑えた、配線基板を提供すること。【解決手段】放熱板１と、前記放熱板１に固定された絶縁層２、２’と、前記絶縁層２、２’の前記放熱板１とは反対側の面に固定された導電性の配線回路部３と、を具備し、前記絶縁層２、２’は少なくとも一層の樹脂層２１を備え、前記放熱板１と前記配線回路部３の熱膨張係数及び厚さが同一であることを特徴とする配線基板。  放熱板と配線回路部の熱膨張係数及び厚さが同一であるので、絶縁層の厚さの中心軸に対して厚さ方向の構成が対称となり、反りが抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
前記放熱板に固定された絶縁層と、
前記絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に固定された導電性の配線回路部と、
を具備し、
前記絶縁層は少なくとも一層の樹脂層を備え、前記放熱板と前記配線回路部の線膨張係数及び厚さが同一であることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記絶縁層は無機絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記放熱板と前記配線回路部は銅で、且つその厚さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１或いは２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記配線回路部の前記絶縁層とは反対側の面に固定された導電性ヒートスプレッド層をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項５】
線膨張係数及び厚さが同一である放熱板と導電性の配線回路部とが絶縁層を介して接合された配線基板の製造方法であって、
前記放熱板または前記配線回路部の一方に化学気相成長法、物理気相成長法またはスパッタリングを用いて無機絶縁膜を成膜し、
前記無機絶縁膜の表面と前記放熱板または前記配線回路部の他方との間を樹脂で接着する、
ことを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種電子機器、例えばインバータや電源回路等に用いられる配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスの実装の高密度化に伴って配線基板の単位当たりのデバイス発熱量は上昇傾向にある。電子デバイスの温度上昇はその特性や寿命等に影響し、ひいては電子機器自体の信頼性に影響を与える。特にパワー回路におけるその傾向は一段と強く、パワー回路の信頼性を向上させるには発熱デバイスの熱をいかに放熱するかが重要な課題である。このため、この種のパワー回路には熱伝導性のよい金属製の放熱板上に絶縁層を介して導電性の配線回路パターンを形成した配線基板が用いられている。放熱するために、金属製の放熱板に絶縁層を介して配線回路パターンを形成すると、発熱デバイスと配線回路パターン及び放熱板との間の線膨張係数の違いにより反りが発生し、最悪の場合、電子部品が破損してしまうことがあった。
【０００３】
そこで、反りを抑え、且つ放熱性を確保するために低線膨張係数の材料を組み合わせた配線基板が開発されてきた。例えば、図３に示すような構成の配線基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、厚さが０．６ｍｍのＡｌＮセラミックス絶縁層２０の両面に厚さが０．５ｍｍのＡｌをろう付けして配線回路部３０とインサート層３０’を形成し、インサート層３０’を厚さ５ｍｍのＣｕ−Ｍｏ放熱板１０にろう付けしたものである。つまり低膨張係数を示すＡｌ／ＡｌＮ／Ａｌの構成に加え、低膨張係数の材料であるＣｕ−Ｍｏを用いている。
【０００４】
しかしながら、絶縁層のＡｌＮや放熱板のＭｏは、高価で経済性に問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２４１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の従来の配線基板の問題に鑑みてなされたものであり、高価な線膨張係数の小さい材料を組み合わせることなく熱応力による基板の反りを抑えた、配線基板を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、配線基板であって、放熱板と、前記放熱板に固定された絶縁層と、前記絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に固定された導電性の配線回路部と、を具備し、前記絶縁層は少なくとも一層の樹脂層を備え、前記放熱板と前記配線回路部の線膨張係数及び厚さが同一であることを特徴としている。
【０００７】
放熱板と配線回路部の線膨張係数及び厚さが同一であるので、絶縁層の厚さの中心軸に対して厚さ方向の構成が対称となり、反りが抑制される。なお、この明細書では、一方の線膨張係数が他方の線膨張係数に対して±５％以内の場合、線膨張係数が同一であるとする。同様に、一方の厚さが他方の厚さに対して±５％以内の場合、厚さが同一であるとする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の配線基板であって、前記絶縁層は無機絶縁膜を備えることを特徴としている。
【０００９】
無機絶縁膜は絶縁層中の放熱板側に具備されていても良いし、配線回路部側に具備されていても良い。通常、絶縁層を樹脂のみで構成した場合、樹脂層は放熱板と配線回路部との絶縁性を確保する厚みとする必要がある。この絶縁性を確保する厚みは単に放熱板と配線回路部を接着するための厚みより厚い。ここで、樹脂は環境劣化に弱く、熱伝導度も低いため樹脂層は薄い方が好ましい。
【００１０】
そこで、請求項２に係る発明は、絶縁層に無機絶縁膜を備えている。絶縁性を無機絶縁膜で確保し、環境劣化に弱く熱伝導度の低い樹脂層を接着としてのみに使用できるため、樹脂層を薄くでき配線回路部から放熱板への熱伝導が良くなり、絶縁性の環境劣化も少ない。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１或いは２に記載の配線基板であって、前記放熱板と前記配線回路部は銅で、且つその厚さが１ｍｍ以上であることを特徴としている。
【００１２】
配線回路部自身も放熱板として機能し、放熱性に優れた配線基板とすることができる。
【００１３】
好ましくは２．５ｍｍ以上である。この場合、従来のＡｌ／ＡｌＮ／Ａｌの構成にＣｕ−Ｍｏの放熱板を組み合わせた場合に比べて放熱性が向上する。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の配線基板であって、前記配線回路部の前記絶縁層とは反対側の面に固定された導電性ヒートスプレッド層をさらに具備することを特徴としている。
【００１５】
配線回路部に実装されるデバイスがヒートスプレッド層を介してはんだ付けされるので、配線回路部とデバイスの線膨張率係数差が緩和され、はんだが剥離したりすることがなく、信頼性が向上する。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、前記放熱板または前記配線回路部の一方に化学気相成長法または物理気相成長法も用いて無機絶縁膜を成膜し、前記無機絶縁膜の表面と前記放熱板または前記配線回路部の他方との間を樹脂で接着することを特徴としている。
【００１７】
メッキ等で配線回路を形成しようとする場合、通常の配線回路より厚い本発明の放熱板と同じ厚さの配線回路部を形成するのは困難である。しかしこの方法によれば、通常の配線回路より厚い、放熱板と同じ厚さの配線回路部を積層することが可能である。また、化学気相成長法（ＣＶＤ）や物理気相成長法（ＰＶＤ）を用いて無機絶縁膜を形成するので、絶縁性を確保できる適切な厚みの絶縁層を形成することが容易である。
【発明の効果】
【００１８】
放熱板と配線回路部の線膨張係数及び厚さが同一であるので、絶縁層の厚さの中心軸に対して厚さ方向の構成が対称となり、反りが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る配線基板の断面図である。図１において、１は放熱板、２は絶縁層、３は配線回路部、４はヒートスプレッド層である。
【００２１】
放熱板１は、放熱性を高める上で熱伝導度が高いことが望ましい。また、合金或いは金属を含む複合材でも良いが、放熱板１は、金属単体、例えば、Ｃｕ、或いはＡｌが安価で好ましい。コストを問題にしなければ、ＡｇやＡｕでも良い。
【００２２】
放熱板１の厚さは、放熱性を高める上で大きい方がよいが、軽量化と低コスト化の観点から１０ｍｍ以下が望ましい。
【００２３】
配線回路部３は、電気抵抗率が低く、且つ線膨張係数が放熱板１と同一の材料からなる。このため配線回路部３は、例えば、放熱板１がＣｕの場合、Ｃｕが望ましい。
【００２４】
配線回路部３の厚さは、放熱板１の厚さと同一にされている。例えば、放熱板１の厚さが２．５ｍｍの場合、配線回路部３の厚さは２．３７５〜２．６２５ｍｍの範囲にある。
【００２５】
絶縁層２は、樹脂が好ましい。樹脂としては、絶縁性が高く、熱伝導度の大きなものが望ましい。絶縁性が高く熱伝導度の大きな樹脂としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3粉末やＡｌＮ粉末などの無機フィラーを混入したエポキシ樹脂が望ましい。
【００２６】
絶縁層２の厚さは、熱伝導の観点からは小さく、絶縁性の観点からは大きくする必要があり、例えば、１００〜２００μｍとすることができる。
【００２７】
ヒートスプレッド層４は、電気抵抗率が低く、且つ線膨張係数が小さいことが望ましく、例えば、Ｃｕとエキスパンドメタルとしてのインバーからなる複合材が好適である。この複合材における「エキスパンドメタル」とは、特開２００３−１５２１４４号公報に開示されているように、金属板に細かい切れ目を交互に入れたものを引っ張り、金網状に広げたものを意味する。この複合材の線膨張係数は５×１０-6／℃と小さいが、これはインバーの線膨張係数が１×１０-6／℃であることによる。また、この複合材の電気抵抗率は、２．５μΩｃｍとＡｌ並であるが、これは、Ｃｕの電気抵抗率が１．７μΩｃｍであることによる。
【００２８】
ヒートスプレッド層４の厚さは、例えば、０．５ｍｍである。
【００２９】
放熱板１、絶縁層２、配線回路部３の固定は、例えばホットプレス法でおこなわれる。すなわち、放熱板１、絶縁層２、配線回路部３を重ねて、真空中で加熱しながら加圧することで固定することができる。例えば、絶縁層２がエポキシ樹脂の場合、１７０℃、加圧時間１時間、圧力４ＭＰａで固定することができる。
【００３０】
配線回路部３とヒートスプレッド層４の固定は、はんだ付け、ろう付け、或いは拡散接合で行われる。
【００３１】
（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る配線基板の断面図である。実施形態１では絶縁層２が樹脂層であったが、本実施形態の配線基板は、絶縁層２’が、樹脂層２１と無機絶縁膜２２からなる点だけが実施形態１と異なる。実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
樹脂層２１は、たとえば、Ａｌ2Ｏ3粉末やＡｌＮ粉末などの無機フィラーを混入したエポキシ樹脂で、厚さは数十μｍである。この場合、樹脂層２１で絶縁性を確保するのではなく、無機絶縁膜２２で絶縁性を確保するので可能な限り薄くすることが望ましい。
【００３３】
無機絶縁膜２２は、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3等の膜で、厚さは１００〜２００μｍである。
【００３４】
無機絶縁膜２２は、放熱板１にスパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等で形成される。その後、無機絶縁膜２２と配線回路部３の間に樹脂が接着剤として塗布され、無機絶縁膜２２と樹脂層２１で絶縁層２’となる。なお、無機絶縁膜２２は、配線回路部３の下面に形成されるようにしても良い。
【００３５】
一般に樹脂層２１として熱伝導度の大きな樹脂を選択しても、セラミックスや金属にくらべて熱伝導度は低い。しかし、本実施例のように絶縁層に樹脂層２１に加えて無機絶縁膜２２を併用することで、環境劣化しやすく熱伝導率が低い樹脂層２１の厚みを薄くでき、且つ絶縁性を確保できる。従って環境劣化にも強い配線基板が得られる。
【実施例１】
【００３６】
本実施例の配線基板は、図１に示す実施形態１の配線基板構成である。放熱板１は、線膨張係数が１７．６×１０-6／℃のＣｕ板で、厚さは２．５ｍｍである。絶縁層２は、Ａｌ2Ｏ3粉末の入ったエポキシ樹脂で、厚さは１５０μｍである。配線回路部３は、線膨張係数が１６．８×１０-6／℃のＣｕ板で、厚さは２．５ｍｍである。ヒートスプレッド層４は、インバーとＣｕの複合材で、線膨張係数は５×１０-6／℃、厚さは０．５ｍｍである。
【実施例２】
【００３７】
本実施例の配線基板は、図２に示す実施形態２の配線基板構成である。放熱板１、配線回路部３、ヒートスプレッド層４は実施例１と同じである。樹脂層２１は、Ａｌ2Ｏ3粉末の入ったエポキシ樹脂で、厚さは５０μｍと実施例１の絶縁層２の１／３であり、無機絶縁膜２２は、厚さ１００μｍのＳｉ3Ｎ4である。
【００３８】
（比較例１）
本比較例１の配線基板は、図３に示す従来例の配線基板構成である。放熱板１０は、厚さが５ｍｍのＣｕ−Ｍｏ、絶縁層２０は、厚さが０．６ｍｍのＡｌＮ、配線回路部３０とインサート３０’は、厚さ０．５ｍｍのＡｌである。
【００３９】
（比較例２）
比較例１の放熱板１０をＣｕにした以外は比較例１と同じである。
【００４０】
実施例１、２及び比較例１、２の回路基板のヒートスプレッド層４と配線回路部３０にそれぞれ半導体チップ（トランジスタ）をはんだ付けして熱抵抗を測定した。それらの測定結果を表１に示す。
【００４１】
熱抵抗は、チップに通電してチップと放熱板の間の温度差と通電量から測定した。
【００４２】
表１から熱抵抗は、実施例の回路基板の方が比較例の回路基板と同等或いは低いことがわかる。したがって、本実施例の回路基板は、比較例のように、高価なＡｌＮ絶縁層やＭｏを含む放熱板を用いなくても、熱抵抗を低くでき、放熱性が向上することが実証された。
【００４３】
【表１】
2006269966.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態１に係る回路基板の断面図である。
【図２】実施形態２に係る回路基板の断面図である。
【図３】従来の回路基板の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・・・放熱板
２、２’・・絶縁層
３・・・・・配線回路部
４・・・・・ヒートスプレッド層
２１・・・・樹脂層
２２・・・・無機絶縁膜
【図１】
2006269966.tif 000004
【図２】
2006269966.tif 000005
【図３】
2006269966.tif 000006